CN109347124B - 利用蓄热热泵群的电热微网联络线功率平抑方法与装置 - Google Patents

Abstract

利用蓄热热泵群的电热微网联络线功率平抑方法及装置，首先确定当前联络线功率控制目标，预分配平抑任务至热泵群；热泵群启停控制层制定热泵群启停方案，根据平抑任务确定热泵群启停状态与热泵群启停平抑分量，由联络线波动功率与热泵群启停平抑分量得到剩余波动功率，热泵群功率调节层据此针对蓄电池出力优化目标，平抑部分中低频分量，输出热泵群平抑分量；蓄电池同时承担剩余波动功率的平抑任务，输出蓄电池平抑分量，完成控制周期内波动功率平抑。本发明充分考虑热泵与配套蓄热水箱，进行集群控制，配合蓄电池平抑微网联络线功率波动，同时具有良好的鲁棒性，并充分考虑到热泵功率调节特性，辅助蓄电池减少充放电转换次数，减低微网运行成本。

Description

利用蓄热热泵群的电热微网联络线功率平抑方法与装置

技术领域

本发明属于电力和热力技术领域，涉及电热微网技术，为一种利用蓄热热泵群的电热微网联络线功率平抑方法与装置。

背景技术

电热微网是以终端用户的电、热需求为基础，由分布式能源、储能设备、电热设备、控制单元组成的终端一体化集成供能设施。电热微网可综合利用电、热两种不同能量形式，提升区域终端供能的可靠性与经济性。随着分布式可再生能源大量接入微网，可再生能源发电的间歇性与波动性给微网的稳定运行带来挑战。电热微网利用电制热等关键电热转换技术，发挥电能快速响应与热能易于存储优点，增强了微网运行控制的灵活性与运行的可靠性，成为学者们关注的重点。

目前，已有大量的研究提出通过电池储能平抑微网功率波动，文献《平抑光伏系统波动的混合储能控制策略》(王海波,杨秀,张美霞《电网技术》2013年9月，第37卷第9期)、文献《不同时间尺度下基于混合储能调度的微网能量优化》(刘方；杨秀；时珊珊；张美霞；邓虹；郭鹏超，《电网技术》2014年第11期)、专利申请《一种基于混合储能与电动汽车的微网能量管理方法》(CN107769235A)、专利《一种基于多元复合储能的微网系统协调控制方法》(CN104022528A)均以功率型储能与能量型储能组成的混合储能为控制对象，通过不同的控制方法实现出力优化。但是电池储能的高成本限制了其应用的技术经济性。

而在电热微网中，空调、电热泵等一类受控特性良好的温控负荷(thermalcontrolled load,TCL)能有效参与功率波动平抑。文献《一种基于模型预测的城市园区分层分布式温控负荷需求响应控制策略》(卫文婷；王丹；贾宏杰；王冉；郭炳庆；屈博；范孟华；《中国电机工程学报》2016年第08期)提出了一种基于模型预测的温控负荷响应控制策略，通过变温度控制策略控制热泵群功率匹配可再生能源波动，但是未考虑与电池储能配合。文献《一种平抑微网联络线功率波动的电池及虚拟储能协调控制策略》(王冉，王丹，贾宏杰，杨占勇，戚野白，范孟华，盛万兴，侯立睿，《中国电机工程学报》2015第20期)提出一种标识优先列表工具构建热泵模型，并设置热泵启停条件避免反复启停，但是对热泵的控制方式较为单一且缺少对热泵群整体启停频率的优化。文献《采用居民温控负荷控制的微网联络线功率波动平滑方法》(王成山；刘梦璇；陆宁；《中国电机工程学报》2012年第25期)基于热泵群控算法，协调混合储能与热泵群出力，但是以用户建筑物作为热虚拟储能，对热泵群控制有较大局限性。专利申请《基于群控热泵的微电网联络线功率波动平抑方法及系统》(CN106849132A)考虑了热泵的功率调节参与波动平抑，但是功率调节控制模型过于简单且未考虑与蓄电池的出力配合。

发明内容

本发明的目的及要解决的问题是：

1)针对电池储能高昂的运行成本，通过电热微网中电热能量耦合，用分布式热储能取代部分电储能，实现微网的经济性运行，据此需要提出对应的微网控制方法；

2)针对现有技术中对电热耦合设备控制研究不够深入，控制模型不够完善，本发明深入分析蓄热热泵特性，充分考虑热泵的运行特性与配套的蓄热水箱的储热特点，建立蓄热热泵控制模型；

3)参与调控的蓄热热泵差异化条件使得传统群控算法的热泵损耗不一致，比如热泵额定功率不同、配套水箱容积不同、用户用热负荷不同等等，难以保证参与用户的积极性与公平，本发明目标是实现热泵群损耗一致性的调控，并降低策略实施成本；

4)传统方法中，热泵群控制与蓄电池出力控制由于响应时间特性不同，难以实现深度配合，本发明建立热泵群功率调节模型，实现热泵群参与中频波动平抑，辅助蓄电池降低电池损耗。

本发明的技术方案为：利用蓄热热泵群的电热微网联络线功率平抑方法，包括确定微网联络线功率控制目标、热泵启停控制层、热泵群功率调节层和蓄电池平抑调节四部分，联络线功率控制周期分为T_D个时间点，用k表示离散时间，k∈[1,T_D]，在每个控制周期内：

1)首先由联络线原始功率P_TL0[k]和蓄电池及热泵群的上一时刻储能状态SOC_all[k-1]，确定当前联络线功率控制目标P_Tar[k]，由P_Tar[k]结合联络线原始功率P_TL0[k]得到联络线波动功率P_flu[k]，波动功率通过低通滤波后，根据蓄电池与热储群储能状态，预分配平抑任务P_{fl_HP}[k]至热泵群；

2)热泵群启停控制层制定热泵群启停方案，根据P_{fl_HP}[k]确定热泵群启停状态s_i[k]与热泵群启停平抑分量P_{HP_sw}[k]，i为热泵标号；

3)由联络线波动功率P_flu[k]与热泵群启停平抑分量P_{HP_sw}[k]结合后得到剩余波动功率P_{flu_rem}[k]，热泵群功率调节层根据P_{flu_rem}[k]，针对蓄电池出力优化目标，平抑部分中低频分量，确定热泵群功率调节平抑分量P_{HP_adj}[k]，热泵群启停平抑分量P_{HP_sw}[k]与热泵群功率调节平抑分量P_{HP_adj}[k]结合后输入热泵群，输出热泵群平抑分量P_{HP_f}[k]；

4)蓄电池同时承担剩余波动功率的平抑任务，热泵群启停平抑分量P_{HP_sw}[k]与热泵群功率调节平抑分量P_{HP_adj}[k]结合后，再结合联络线波动功率P_flu[k]，输入蓄电池，再输出蓄电池平抑分量P_ess[k]，完成控制周期内波动功率平抑。

本发明还提出了用于实现上述的利用蓄热热泵群的电热微网联络线功率平抑方法的装置，包括策略信息采集模块、热泵群启停控制策略模块、热泵群功率调节策略模块和蓄电池功率调节策略模块，所述模块为计算机存储介质，所述计算机存储介质上存储有计算机程序，计算机程序执行时实现如下所述的方法：

策略信息采集模块由微网能量管理系统获取平抑方法所需的输入信号，包括联络线原始功率和蓄电池及热泵群的上一时刻储能状态，实现上述方法步骤1)所述的方法；

热泵群启停控制策略模块实现上述方法步骤2)所述的方法；

热泵群功率调节策略模块实现上述方法步骤3)所述的方法；

蓄电池功率调节策略模块实现上述方法步骤4)所述的方法；

热泵群启停控制策略模块、热泵群功率调节策略模块和蓄电池功率调节策略模块的输出信息输入微网能量管理系统，用于电热微网对蓄电池及热泵群的控制，实现联络线功率平抑。

本发明的有益效果如下：

1)本发明充分考虑热泵与配套蓄热水箱，首次完成基于蓄热热泵的控制模型，利用分布式热泵群与热储群，进行集群控制，配合蓄电池平抑微网联络线功率波动。

2)本发明设计了蓄电池与热泵群热储协调的波动功率分配与平抑的策略结构，利用电热微网中已有的分布式热储取代部分电池储能，大大提升了微网在平抑波动功率上的成本投入。

3)本发明基于贪心算法思想，设计了一种快速制定热泵群平抑控制策略的方法，对参与调控的热泵特性、热储特性无限制要求，有较强的实用性。同时本发明还解决了热泵群主动参与平抑的主动性与积极性问题，通过设计模拟退火优化算法，实现热泵群损耗一致，有利于微网热泵群整体维护与公平。本发明方法的控制策略上充分考虑热泵的额定功率、水箱容积、用户热负荷等差异性因素，通过贪心算法与模拟退火算法结合，实现对特性各异的热泵群更有效的优化控制，同时具有良好的鲁棒性。

4)本发明在考虑通信简化、热泵启停状态等条件下，采用更精细的热泵群功率调节控制方法，同时与蓄电池出力紧密配合，实现蓄电池出力优化，本发明设计的热泵群功率调节与蓄电池出力深度配合的控制策略，充分考虑到热泵功率调节特性，辅助蓄电池减少充放电转换次数，减低微网运行成本。

5)在实际装置测试中，本发明实现了在有效平抑微网联络线功率波动的基础上，特性各异的热泵的损耗相对一致，并且有效减少了蓄电池的充放电转换次数，降低了运行成本。

附图说明

图1为含蓄热水箱的热泵系统结构示意图。

图2为本发明平抑方法的策略结构示意图。

图3为本发明平抑方法的热泵群启停控制流程图。

图4为本发明平抑方法中热泵群启停控制策略的示意图。

图5为本发明平抑方法中限幅阶梯函数的函数图。

图6为本发明热泵群功率调节策略的结构示意图。

图7为电热微网结构与电热能流的示意图。

图8为本发明装置在电热微网中的设置示意图。

图9为本发明实施例中，条件1、4下蓄电池与热泵群平抑分量示意图。

图10为本发明实施例中，条件1、4下热泵启停次数统计图。

具体实施方式

本发明提出了一种利用蓄热热泵群的电热微网联络线功率平抑方法与装置，下面具体介绍本发明的实施。

1、电热耦合模型

含蓄热水箱的热泵系统结构如图1所示，热泵制热循环由蒸发器、冷凝器、压缩机和节流阀组成，热泵产生高品质热能后，蓄热水箱作为缓冲，经由供热循环向用户供热。对于t时刻第i台热泵，用P_i(t)表示热泵消耗电功率，Q_i(t)热泵制热功率，COP_HP表示热泵能效比系数，即热泵制热热能与消耗电能之比，则热泵制热循环满足：

Q_i(t)＝COP_HP·P_i(t)(1)

热泵运行时通过控制器调节流阀开度与压缩机实时转速，实现热泵消耗功率P_i(t)的在一定裕度内调节。用s_i(t)表示第i台热泵的启停状态，0为关闭，1为开启。用P_{i_N}表示其额定工作功率，P_{i_adj}(t)表示热泵i的功率调节量，η为热泵功率调节的最大可调比例，表示的是热泵动态功率可调节裕度，即额定功率乘上一个比例系数就是热泵功率调节范围，这个比例系数用η表示。则ηP_{i_N}表示最大可调功率裕度。则所采用的热泵控制模型如式(2)所示。

蓄热水箱具有良好的保温性能，忽略自然损耗模拟水箱水温变化，如式(3)所示。其中，Q_Li(t)为热泵对应用户的热负荷，V_i为储水体积,ρ_w为水的密度、c_w为水的比热，R_i为水箱热阻，dT_Wi(t)/dt为水温变化速率，T_wi(t)为水温。为保证满足用户的用热需求，水温不能低于最低温度T_Min(t)，最低温度根据时段改变。同时限于热泵与蓄热水箱设计要求，水温不能高于最高温度T_Max。

热泵与配套的蓄热水箱构建热储能，类似电池储能荷电状态(state of charge,SOC)定义，以水温定义热储能储能状态SOC_i(t)，如式(4)所示。同时热储能的平均储能状态

以各水箱储水体积为权重，加权平均后得到。显然热储能的SOC_i(t)受最低水温T_Min(t)影响，因此微网控制中心应根据用户最低水温需求，平滑地调整T_Min(t)数值，以实现平稳运行。

对每台热泵，微网控制中心可直接控制其启停状态，同时对于正在运行的热泵通过发出调节比例命令ε(t),(|ε(t)|<η)，各热泵的本地控制器响应调节其运行功率，最终使热泵群负荷与实际用户热负荷Q_L(t)不一致，差值部分作为热泵群的平抑分量匹配波动功率，如式(5)所示。

2、电热微网联络线控制目标

电热微网中的联络线功率由可再生能源出力、蓄电池出力、热泵群负荷与用户电负荷四部分组成。用P_TL(t)表示微网联络线功率，P_Wind(t)与P_PV(t)分别表示风电与光伏出力，P_ess(t)表示蓄电池充放电功率，充电时为正，反之为负。P_L(t)表示电负荷，P_HP(t)表示热泵群负荷。定义流出微网功率为正，则在t时刻，微网联络线功率为

P_TL(t)＝-P_Wind(t)-P_PV(t)+P_ess(t)+P_L(t)+P_HP(t) (6)

本发明将在微网控制中心不参与调控，且热泵群负荷准确跟踪用户热负荷的情况下的联络线功率记为联络线原始功率P_TL0(t)，如式(7)所示。其中波动功率主要来自可再生能源的波动，应用可变参数的指数平滑方法进行低通滤波，确定联络线功率控制目标。

P_TL0(t)＝-P_Wind(t)-P_PV(t)+P_L(t)+Q_L(t)/COP_HP (7)

平滑滤波算法将整个控制周期分为T_D个时间点，用k表示离散时间，k∈[1,T_D]，则联络线功率控制目标递推形式如式(8)，因为实际控制是离散的，因此在后面的说明中均以离散的时刻代替前面连续时间变量t来计算。

P_Tar[k]＝(1-m[k])P_Tar[k-1]+m[k]·P_TL0[k] (8)

其中，P_Tar[k]为控制目标，P_Tar[k-1]为上一时刻控制目标，P_TL0[k]为当前时刻联络线原始功率。m为可变指数平滑参数，当m增大时，对联络线实时功率跟踪能力增强，从而减少了需平抑的波动功率；当m减小时，功率控制目标曲线则越平滑。

在每个时间点，将原始联络线功率与控制目标的差值作为波动功率，则k时间点波动功率如式(9)所示：

P_flu[k]＝P_Tar[k]-P_TL0[k] (9)

3、电热微网联络线功率平抑策略

3.1平抑策略总体结构

电热微网联络线功率平抑策略结构如图2所示。在整体结构上包括确定微网联络线功率控制目标、热泵启停控制层、热泵群功率调节层和蓄电池平抑调节四部分，在每个控制周期内：

1)首先由联络线原始功率P_TL0[k]和蓄电池及热泵群的上一时刻储能状态SOC_all[k-1]，确定当前联络线功率控制目标P_Tar[k]，由P_Tar[k]结合联络线原始功率P_TL0[k]得到联络线波动功率P_flu[k]，波动功率通过低通滤波后，根据蓄电池与热储群储能状态，预分配平抑任务P_{fl_HP}[k]至热泵群；

2)热泵群启停控制层制定热泵群启停方案，根据P_{fl_HP}[k]确定热泵群启停状态s_i[k]与热泵群启停平抑分量P_{HP_sw}[k]，i为热泵标号；

3)由联络线波动功率P_flu[k]与热泵群启停平抑分量P_{HP_sw}[k]结合后得到剩余波动功率P_{flu_rem}[k]，热泵群功率调节层根据P_{flu_rem}[k]，针对蓄电池出力优化目标，平抑部分中低频分量，确定热泵群功率调节平抑分量P_{HP_adj}[k]，热泵群启停平抑分量P_{HP_sw}[k]与热泵群功率调节平抑分量P_{HP_adj}[k]结合后输入热泵群，输出热泵群平抑分量P_{HP_f}[k]；

4)蓄电池同时承担剩余波动功率的平抑任务，热泵群启停平抑分量P_{HP_sw}[k]与热泵群功率调节平抑分量P_{HP_adj}[k]结合后，再结合联络线波动功率P_flu[k]，输入蓄电池，再输出蓄电池平抑分量P_ess[k]，完成控制周期内波动功率平抑。

3.2热泵群预分配平抑任务

由于热泵启动过程较为缓慢，并且频繁地控制热泵启停对热泵寿命有较大损耗，因此本发明利用热泵群启停控制仅平抑低频波动功率。λ₁表示低通滤波常数，Δt表示控制时间周期，则低频波动功率递推表达式为

同时为了协调蓄电池与热泵群的出力，根据蓄电池与热储群的储能状态进行低频波动功率的分配。如式(11)(12)所示。

其中β为蓄电池与热储群的容量比，S_ess为蓄电池容量，S_HP为热储群热容。

3.3热泵群启停控制层

单控制周期内热泵启停控制层流程如图3所示，温度控制逻辑不受闭锁约束，且通过闭锁约束不与热泵群启停控制策略冲突。

获取热泵群预分配平抑任务后，热泵群启停控制层选取热泵进行启停，改变热泵群负荷以满足波动平抑要求。热泵群负荷改变量ΔP_HP由式(13)所得。其中，P_HP,N[k-1]为不考虑热泵功率调节的热泵群负荷。热泵群启停控制策略分为两部分，第一部分是基于水温指标的启停方案制定；第二部分是针对热泵启停频率一致性的方案优化。

ΔP_HP＝(Q_L[k]/COP_HP+P_{fl_HP}[k])-P_HP,N[k-1] (13)

对策略的第一部分，采用贪心算法思想：即当需要关闭热泵时，水温较高的热泵优先关闭；当需要开启热泵时，水温较低的热泵优先开启。通过统计非闭锁状态的热泵信息，绘制如图4所示的热泵统计曲线，能快速制定热泵群启停方案。图中将非闭锁热泵分为启动与关闭状态两个集合，横坐标为温度，纵坐标为功率。当ΔP_HP<0时需要关闭热泵，统计启动状态热泵信息，如图4(a)所示：对于曲线上任一点(x₁,y₁)，y₁表示水温高于x₁的热泵的额定功率之和；当ΔP_HP>0时需要开启热泵，统计关闭状态热泵信息，如图4(b)所示：对于曲线上任一点(x₂,y₂)，y₂表示水温低于x₂的热泵的额定功率之和。获取交点温度T_set后，关闭或开启温度区间内的热泵实现热泵群负荷改变。

考虑到热泵的额定功率与配套的水箱容量以及不同用户用热需求差异化因素，通过设计模拟退火算法对已获得的启停方案进一步优化。在优化中避免增加蓄电池充放电转换次数与热泵平均启停次数的前提下，设置优化目标如式(14)所示。

fit＝varience+γ(P_{fl_HP}[k]-P_{HP_sw}[k])² (14)

其中，varience与P_{HP_sw}[k]分别为采取当前启停方案后热泵启停次数方差与热泵群启停平抑分量，P_{HP_sw}[k]如式(15)所示，γ为权重常数。

3.4热泵群功率调节层

热泵群功率调节控制具有较快的响应速度与较低的实施成本，利用热泵群的功率调节控制优化蓄电池充放电转换次数。确定热泵群启停控制方案后，剩余波动波动功率如式(16)所示，则热泵群功率调节的预出力目标P_ref[k]如式(17)所示。

P_{flu_rem}[k]＝P_flu[k]-P_{HP_sw}[k] (16)

其中，P₁[k]与P₂[k]为剩余波动功率的一阶指数平滑，a为指数平滑常数，b[k]为可变平滑参数。参数b[k]调节如式(18)所示，当剩余波动功率低于阈值常数P_th且趋近0时，通过增大b[k]数值产生热泵群功率调节出力，使蓄电池能驻留在充电或放电状态，减少受功率波动的影响需要连续转换充放电状态。

同时热泵群的功率调节裕度受热泵启停状态限制，因此控制策略首先确定可调节热泵群容量P_{adj_S}，根据预出力目标确定调节比例命令ε[k]如式(19)所示。为简化控制模式，对最终输出信号采用限幅阶梯函数离散化，f₃为限幅阶梯函数如图5所示。最终热泵本地控制器响应命令，完成功率调节，热泵群功率调节控制结构如图6所示，

热泵群功率调节平抑分量如式(20)所示，至此完成一个周期内热泵群控制，最后按步骤4)调节蓄电池出力平抑剩余波动功率。

P_{HP_adj}[k]＝ε[k]·P_{adj_S}[k] (20)

4、装置模块

本发明在上述具体实现方法下，还提供一种微电网能量管理系统所能应用的模块装置，即用于实现上述的利用蓄热热泵群的电热微网联络线功率平抑方法的装置，包括策略信息采集模块、热泵群启停控制策略模块、热泵群功率调节策略模块和蓄电池功率调节策略模块，所述模块为计算机存储介质，所述计算机存储介质上存储有计算机程序，计算机程序执行时实现如下所述的方法：

策略信息采集模块由微网能量管理系统获取平抑方法所需的输入信号，包括联络线原始功率和蓄电池及热泵群的上一时刻储能状态，实现平抑策略总体结构中步骤1)所述的方法；

热泵群启停控制策略模块实现平抑策略总体结构中步骤2)所述的方法；

热泵群功率调节策略模块实现平抑策略总体结构中步骤3)所述的方法；

蓄电池功率调节策略模块实现平抑策略总体结构中步骤4)所述的方法；

热泵群启停控制策略模块、热泵群功率调节策略模块和蓄电池功率调节策略模块的输出信息输入微电网能量管理系统，用于电热微网对蓄电池及热泵群的控制，实现联络线功率平抑。

本领域技术人员清楚地了解本发明所述方法需要软硬件结合方式来实现，控制策略需要依托智能量测系统、控制终端等装置实现发明中所预期的效果。因此本发明装置可以依托各种计算机存储介质，比如软碟、U盘、硬盘等，或者以软件程序安装包的形式，直接嵌入微电网能量管理系统来实现。

微电网实际工程中典型结果如图7所示，从能量上分为微电力网与微热力网，也即电热微网。微电网能量管理系统安装于微网控制中心，这属于现有技术，此处不再详述，本发明模块装置嵌入方式如图8所示。微电网能量管理系统是检测微网设备、控制设备的中枢，通过输入状态到本发明的模块装置获取控制方案，从而实现微网的优化运行

5、实施例测试

电热微网主要由风电、光伏可再生能源、蓄电池、用户负荷构成，其中用户负荷包括250台热泵，每台热泵配套一台蓄热水箱对一户用户进行供热。

表1电热微网系统参数

基于仿真数据算例，联络线功率平滑效果如表2所示。其中10min波动率为10分钟周期内功率最大值与最小值之差，如式(21)与(22)所示。式(21)为10min波动功率定义，即在任一10分钟时段内，联络线的最大功率与最小功率的差值，数值越大表明这一时间段内波动功率越大。式(22)为一段时间内的10min波动功率总和，用于评估较长一段时间内的联络线功率平抑效果，数值越大则表明波动功率越大。记录仿真周期内每个仿真节点的10min波动率，统计最大值与0-24h波动率总和表2所示。其中10min波动率最大值表示功率曲线的局部最大波动，该指标下降了29.78％；0-24h的10min波动率总和表示功率曲线整体波动情况，该指标下降了32.85％。仿真结果显示联络线波动功率得到有效平抑。

表2联络线功率平抑前后10min波动率

参数	平抑前	平抑后	下降比例
				10min波动最大值(kW)	96.28	67.61	29.78％
(0-24h)10min波动总和(kW)	46211	31030	32.85％

本发明控制策略分别通过模拟退火算法与热泵群功率调节优化热泵群启停频率与蓄电池充放电转换次数。将无模拟退火优化与热泵功率调节(条件1)、有模拟退火优化无热泵功率调节(条件2)、无模拟退火优化有热泵功率调节(条件3)、有模拟退火优化与热泵功率调节(条件4)四种控制策略的仿真结果作对比，结果如表3所示。条件1、2对比与条件3、4对比表明模拟退火优化在不影响蓄电池充放电转换次数的前提下，优化热泵启停频率趋于一致。条件1、3对比与条件2、4对比表明热泵功率调节有效地降低了蓄电池的充放电转换次数。仿真结果表明模拟退火优化与热泵功率调节能分别独立有效地优化热泵群启停频率与蓄电池充放电转换次数，并且不增加热泵平均启停次数。

表3仿真结果统计

	条件1	条件2	条件3	条件4
					蓄电池充放电转换次数	128	126	26	32
热泵平均启停次数	11.56	12.16	11.23	11.71
					热泵启停次数方差	4.49	0.44	4.37	0.37

条件1、4下的蓄电池功率、热泵群平抑分量曲线如图9所示。图中对比可知蓄电池在热泵功率调节策略的优化下，长时间将出力保持在充电或放电状态，从而平抑中高频波动功率时不会频繁转换充放电状态。同时热泵功率调节策略仅在蓄电池充放电功率跌落时生效，若蓄电池稳定处在充放电状态下，则功率调节平抑分量为0。

由于热泵的额定功率、配套水箱体积以及用户热负荷大小不同，因而仅根据温度指标的启停策略表示出图10条件1所示的热泵启停频率差异。通过模拟退火算法，可见本发明控制策略减少了对启停频率高的热泵的控制。

Claims (7)

1.利用蓄热热泵群的电热微网联络线功率平抑方法，其特征是包括确定微网联络线功率控制目标、热泵启停控制层、热泵群功率调节层和蓄电池平抑调节四部分，联络线功率控制周期分为T_D个时间点，用k表示离散时间，k∈[1,T_D]，在每个控制周期内：

1)首先由联络线原始功率P_TL0[k]和蓄电池及热泵群的上一时刻储能状态SOC_all[k-1]，确定当前联络线功率控制目标P_Tar[k]，由P_Tar[k]结合联络线原始功率P_TL0[k]得到联络线波动功率P_flu[k]，波动功率通过低通滤波后，根据蓄电池与热储群储能状态，预分配平抑任务P_{fl_HP}[k]至热泵群；

2)热泵群启停控制层制定热泵群启停方案，根据P_{fl_HP}[k]确定热泵群启停状态s_i[k]与热泵群启停平抑分量P_{HP_sw}[k]，i为热泵标号；

3)由联络线波动功率P_flu[k]与热泵群启停平抑分量P_{HP_sw}[k]结合后得到剩余波动功率P_{flu_rem}[k]，热泵群功率调节层根据P_{flu_rem}[k]，针对蓄电池出力优化目标，平抑部分中低频分量，确定热泵群功率调节平抑分量P_{HP_adj}[k]，热泵群启停平抑分量P_{HP_sw}[k]与热泵群功率调节平抑分量P_{HP_adj}[k]结合后输入热泵群，输出热泵群平抑分量P_{HP_f}[k]；

4)蓄电池同时承担剩余波动功率的平抑任务，热泵群启停平抑分量P_{HP_sw}[k]与热泵群功率调节平抑分量P_{HP_adj}[k]结合后，再结合联络线波动功率P_flu[k]，输入蓄电池，再输出蓄电池平抑分量P_ess[k]，完成控制周期内波动功率平抑。

2.根据权利要求1所述的利用蓄热热泵群的电热微网联络线功率平抑方法，其特征是步骤1)中，将在微网控制中心不参与调控，且热泵群负荷准确跟踪用户热负荷的情况下的联络线功率记为联络线原始功率P_TL0，则联络线功率控制目标递推形式如式(8)：

P_Tar[k]＝(1-m[k])P_Tar[k-1]+m[k]·P_TL0[k] (8)

P_Tar[k]为控制目标，P_Tar[k-1]为上一时刻控制目标，m为可变指数平滑参数，当m增大时，对联络线实时功率跟踪能力增强，从而减少了需平抑的波动功率；当m减小时，功率控制目标曲线则随之趋于平滑；

在每个时间点，将原始联络线功率与控制目标的差值作为波动功率，则k时间点波动功率如式(9)所示：

P_flu[k]＝P_Tar[k]-P_TL0[k] (9)。

3.根据权利要求1所述的利用蓄热热泵群的电热微网联络线功率平抑方法，其特征是步骤1)中预分配平抑任务P_{fl_HP}[k]给热泵群，利用热泵群启停控制仅平抑低频波动功率，以λ₁表示低通滤波常数，Δt表示控制时间周期，则低频波动功率P_fl[k]的递推表达式为

同时根据蓄电池与热储群的储能状态进行低频波动功率的分配，如式(11)(12)所示，

其中β为蓄电池与热储群的容量比，S_ess为蓄电池容量，S_HP为热储群热容，SOC_ess为蓄电池容量，

为热储能的平均储能状态，COP_HP表示热泵能效比系数。

4.根据权利要求1所述的利用蓄热热泵群的电热微网联络线功率平抑方法，其特征是步骤2)的热泵群启停控制层具体实现如下：

获取热泵群预分配平抑任务后，热泵群启停控制层选取热泵进行启停，改变热泵群负荷以满足波动平抑要求；热泵群负荷改变量ΔP_HP由式(13)所得，其中，Q_L[k]为当前实际用户热负荷，P_HP,N[k-1]为不考虑热泵功率调节的上一时刻热泵群负荷，COP_HP表示热泵能效比系数，

△P_HP＝(Q_L[k]/COP_HP+P_{fl_HP}[k])-P_HP,N[k-1] (13)

热泵群启停控制策略分为两部分，第一部分是基于水温指标的启停方案制定，第二部分是针对热泵启停频率一致性的方案优化；

对策略的第一部分，采用贪心算法思想：即当需要关闭热泵时，水温较高的热泵优先关闭，当需要开启热泵时，水温较低的热泵优先开启，通过统计非闭锁状态的热泵信息，绘制热泵统计曲线，制定热泵群启停方案，获取ΔP_HP与曲线的交点处温度T_set后，关闭或开启温度区间内的热泵实现热泵群负荷改变；

策略的第二部分，通过设计模拟退火算法对已获得的启停方案进一步优化，在优化中避免增加蓄电池充放电转换次数与热泵平均启停次数的前提下，设置优化目标fit如式(14)所示：

fit＝varience+γ(P_{fl_HP}[k]-P_{HP_sw}[k])² (14)

其中，varience与P_{HP_sw}[k]分别为采取当前启停方案后热泵启停次数方差与热泵群启停平抑分量，γ为权重常数，P_{HP_sw}[k]如式(15)所示，s_i表示热泵启停状态，1为开启，0为关闭，P_{i_N}表示第i台热泵额定工作功率：

5.根据权利要求4所述的利用蓄热热泵群的电热微网联络线功率平抑方法，其特征是所述绘制热泵统计曲线为：将非闭锁热泵分为启动与关闭状态两个集合，横坐标为温度，纵坐标为功率，当ΔP_HP<0时需要关闭热泵，统计启动状态热泵信息：对于曲线上任一点(x₁,y₁)，y₁表示水温高于x₁的热泵的额定功率之和；当ΔP_HP>0时需要开启热泵，统计关闭状态热泵信息：对于曲线上任一点(x₂,y₂)，y₂表示水温低于x₂的热泵的额定功率之和。

6.根据权利要求1所述的利用蓄热热泵群的电热微网联络线功率平抑方法，其特征是步骤3)的热泵群功率调节层具体实现如下：

确定热泵群启停控制方案后，热泵剩余波动波动功率如式(16)所示，热泵群功率调节的预出力目标P_ref[k]如式(17)所示：

P_{flu_rem}[k]＝P_flu[k]-P_{HP_sw}[k] (16)

其中，P₁[k]与P₂[k]为剩余波动功率的一阶指数平滑，a为指数平滑常数，b[k]为可变平滑参数，参数b[k]调节如式(18)所示，当剩余波动功率低于阈值常数P_th且趋近0时，通过增大b[k]数值产生热泵群功率调节出力，使蓄电池能驻留在充电或放电状态，减少受功率波动的影响需要连续转换充放电状态：

热泵群功率调节层首先确定可调节热泵群容量P_{adj_S}，根据预出力目标确定调节比例命令ε[k]，如式(19)所示，

P_{i_N}表示第i台热泵额定工作功率，s_i[k]表示第i台热泵在k时刻的启停状态，f₃为限幅阶梯函数，η为热泵功率调节最大可调比例，最终热泵本地控制器响应命令，完成功率调节；

热泵群功率调节平抑分量如式(20)所示，

P_{HP_adj}[k]＝ε[k]·P_{adj_S}[k] (20)

至此完成一个周期内热泵群控制，最后由步骤4)调节蓄电池出力平抑剩余波动功率。

7.用于实现权利要求1所述的利用蓄热热泵群的电热微网联络线功率平抑方法的装置，其特征是包括策略信息采集模块、热泵群启停控制策略模块、热泵群功率调节策略模块和蓄电池功率调节策略模块，所述模块为计算机存储介质，所述计算机存储介质上存储有计算机程序，计算机程序执行时实现如下所述的方法：

策略信息采集模块由微网能量管理系统获取平抑方法所需的输入信号，包括联络线原始功率和蓄电池及热泵群的上一时刻储能状态，实现权利要求1步骤1)所述的方法；

热泵群启停控制策略模块实现权利要求1步骤2)所述的方法；

热泵群功率调节策略模块实现权利要求1步骤3)所述的方法；

蓄电池功率调节策略模块实现权利要求1步骤4)所述的方法；

热泵群启停控制策略模块、热泵群功率调节策略模块和蓄电池功率调节策略模块的输出信息输入微网能量管理系统，用于电热微网对蓄电池及热泵群的控制，实现联络线功率平抑。

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